Проектирование LAN

2.2.2.1 Краткая история сетей  Ethernet

 

Первый вариант сети Ethernet был разработан корпорацией Xerox в 70-х годах ХХ века. Это была экспериментальная сеть на основе коаксиального кабеля, которая передавала данные со скоростью 3 Мбит/с с использованием протокола множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detect — CSMA/CD). Разработка предназначалась для локальных сетей со случайным, но иногда весьма интенсивным объемом передаваемых данных. Успех проекта сразу привлек к нему внимание, и в 1980 году консорциум трех компаний — Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation — разработал спецификацию Ethernet 1.0 для передачи данных со скоростью 10 Мбит/с.

Правила метода доступа CSMA/CD кратко выражены в названии этого протокола.

- Контроль несущей. Каждая  станция непрерывно следит за  потоками данных и отмечает  вакантные промежутки времени  между передачами фреймов.

- Множественный доступ. Станции  могут начинать передачу в  любой момент, когда они определят,  что сеть свободна (передачи данных  нет).

- Обнаружение коллизий. Если  несколько станций в одной  и той же сети CSMA/CD (коллизионный домен) начинают передачу примерно в одно и то же время, то потоки битов, поступающие от передающих станций, накладываются друг на друга (возникает коллизия — от англ. "collide" — сталкиваться), и их невозможно прочесть. В этом случае каждая из передающих станций должна быть способна обнаружить коллизию до того, как она закончит передавать свой фрейм. Обнаружив коллизию, станция должна сразу прекратить передачу. Попытаться повторить пересылку фрейма она сможет лишь по прошествии квазислучайного промежутка времени, определяемого алгоритмом блокировки.

Первый стандарт IEEE 802.3 был основан на спецификации Ethernet 1.0 и был очень похож на нее. Проект стандарта был одобрен рабочей группой по стандарту 802.3 в 1983 году, а в 1985 году опубликован как официальный стандарт (ANSI/IEEE Std. 802.3-1985). С тех пор был принят ряд дополнений к стандарту, отражающих новые достижения в технологиях и позволяющих поддерживать дополнительные сетевые среды и более высокие скорости передачи, а также поддерживающих несколько новых дополнительных возможностей управления доступом к сети.

 

2.2.3 Спецификация 100Base-TX

100Base-TX, IEEE 802.3u - Развитие технологии 10Base-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории 5, в котором фактически используются 2 пары проводников.

Данный кабель, как правило, покрыт жёсткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия  внешней среды и механических повреждений.

Максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

 Однако ряд факторов  может существенно снизить скорость  передачи данных, в частности,  потеря данных, перекрёстное соединение  и влияние электромагнитного  излучения.

Для уменьшения влияния электрических  и магнитных полей применяется  экранирование (кабель из витых пар  покрывается фольгой или оплёткой). Но после экранирования витой  пары в значительной степени увеличивается  затухание сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его  ослабление при передаче из одной  точки сети в другую. Экранирование  изменяет сопротивление, индуктивность  и ёмкость таким образом, что  линия становится склонной к потере данных. Подобные потери могут сделать  витую пару нежелательной и ненадёжной средой передачи. И экранированная, и неэкранированная витая пара используется для передачи данных на несколько  сотен метров.

Кабель тактируется частотой 100 МГц.

 

2.3 Определение загруженности  сети

 

Нагрузка на сеть—это объем  данных, реально передаваемый по сети в единицу времени. Произведем расчет нагрузки по формуле:

 

                                 …. (1)

 

где n-число компьютеров в сети;

      V_NW-нагрузка на один компьютер в сети, определяемая как:

 

(2)

где D-объем переданных данных;

       t= время передачи данных.

 

В рассматриваемом случае принимаем, что:

D=9 Мбайт, t=60 с, тогда =

 

При этом нагрузка на сеть составляет:

 

 

 

 

2.4 Пропускная способность  сети

 

Пропускная способность (С)—это максимально возможная для  данной сети скорость передачи данных, которая определяется битовой скоростью  и рядом другими ограничивающими  факторами (длительность интервалов, между  передаваемыми блоками данных, объём  передаваемой по сети служебной информации и др.). Значения пропускной способности  для сетевых технологий известны и приводится в стандарте. В большинстве  случаев можно принять пропускную способность равной битовой скорости (100 Мбит/с).

Таким образом, С составляет 100Мбит/с = 12,5Мбайт/с.

 

2.5 Коэффициент использования  сети

 

Коэффициент использования  сети равен отношению нагрузки на сеть к пропускной способности:

            ..  (3)

 

Несмотря на то, что скорость передачи данных в сети определённой технологии всегда одна и та же, производительность сети уменьшается с увеличением  объёма передаваемых данных. Во-первых, объём передаваемых данных (трафик) делится между всеми компьютерами сети. Во-вторых, даже та доля пропускной способности разделяемого сегмента, которая должна приходиться на один узел, очень часто ему не достаётся  из-за особенностей работы механизма  доступа к общей среде передачи данных. После определённого предела  увеличение коэффициента использования  сети приводит к резкому  уменьшению реальной скорости передачи данных. Потери времени, связанные с работой  механизма доступа к разделяемой  среде зависят от характера обращений  компьютеров к сети и не могут  быть точно рассчитаны, поэтому для  обеспечения достаточной производительности задаётся предельное значение коэффициента использования сети, при котором  сеть будет быстро реагировать на обращения пользователей.

.

 

 

 

 

2.6 Логическая сегментация

 

Расчёты, выполненные выше, показали необходимость выполнения логической сегментации LAN. Для сбалансированной работы сети сегментация должна происходить с учётом следующих основных соображений:

 

,      (4)

 

где M₁-количество сегментов во всем здании;

V_i- количество компьютеров в i-том сегменте;

S-пропускная способность сети.

 

В случае нашей сети, построенной  на коммутаторах, домен коллизии возникает  между центральным коммутатором этажа и коммутатором подразделений. Это так называемый сегмент сети. Количество сегментов в здании 35, поэтому формула (4) примет вид:

 

 

 

В нашем случае при проектировании сети используется метод микросегментации, основанный на использовании коммутаторов. К коммутатору при этом подключаются не сегменты сети, а отдельные узлы—  серверы и рабочие станции. Каждое такое соединение является разделяемой  средой только для сетевой карты  компьютера и порта коммутатора. Нагрузка на сегмент сети равна в  этом случае трафику, приходящемуся  на данный узел.

При использовании метода микросегментации коммутатор и рабочая  станция соединяются двумя физически  разделёнными каналами и все узлы конкретного сетевого сегмента должны поддерживать полудуплексный режим. Дуплексный режим может быть реализован только при непосредственном соединении портов оконечного оборудования.

Для обеспечения хорошей  производительности сети следует использовать неблокирующие коммутаторы.

 

2.7 Логическая схема сети

 

Логическая схема проектируемой  сети представлена на рисунке 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2— Логическая схема проектируемой сети

 

 

3 Этап физического проектирования  LAN

 

3.1 Выбор физической среды  передачи данных

 

В качестве физической среды  передачи данных при использовании  технологии Fast Ethernet наиболее оптимальным решением является выбор неэкранированной витой пары пятой категории как физической среды ориентированной на поддержку высокоскоростных протоколов. Технические характеристики приведены в приложении II.

 

3.2 Выбор коммуникационного  оборудования LAN

 

Оборудование LAN выбиралось исходя из наилучшего соотношения цена-качество для малой и средней сети. В случае отказа оборудования неисправность отражается на работе многих компонентов сети. Финансовые расходы при сбоях могут во много раз превысить стоимость оборудования, при покупке которого этих сбоев можно избежать.

Ключевые узлы сети построены  на оборудовании компании 3Com.

Корпорация 3Com является ведущим  поставщиком передовых, практичных и высокоэффективных продуктов, услуг и решений для создания защищенных конвергентных сетей, предназначенных  для компаний любых масштабов  и организаций государственного сектора. Несмотря на довольно высокие цены, данное оборудование отличается превосходным качеством и окупает затраты на его приобретение.

Технические характеристики оборудования приведены в приложении II.

 

3.3 Активное сетевое оборудование

 

Перечень используемого  активного сетевого оборудования представлен  в таблице 1.

 

Таблица 1—Активное сетевое  оборудование проектируемой сети

Модель	Количество, шт.
Маршрутизатор
Cisco 1841	1
Коммутаторы
3Com16792C-ME	34
3Com Baseline 2026	3

 

3.4 Серверное оборудование

 

Стоимость информации на серверах, работающих некоторое 

продолжительное время, как правило, превосходит стоимость самого оборудования. Важно уделить особое внимание надёжности и безопасности хранимых данных. На рынке серверных решений хорошо зарекомендовала себя фирма Hewlett Packard. Она производит надёжные высокопроизводительные серверы. Линейка моделей включает в себя как простые модели для малого бизнеса, так и огромные супер производительные серверы используемые производственными гигантами и научными институтами.

Для обеспечения безопасности сети, помимо серверов описанных в  техническом задании предлагается дополнительно установить Firewall + Proxy сервер между маршрутизатором здания и провайдером. Настроенный для прозрачного использования он будет предотвращать попытки несанкционированного доступа к сети извне и экономить сетевой трафик за счёт прокси-сервера.

Соотношение количества требуемых  серверов к количеству сотрудников  очень высоко, закупка всех серверов будет стоить очень больших денег. Так как количество сотрудников  не велико, то нагрузка на серверы не должна быть высокой, а следовательно  для экономии можно воспользоваться  средствами виртуальных машин. Вместо закупки отдельных серверов для  СУБД и файловых хранилищ, предлагается купить один физический сервер для  каждой фирмы, и установить на него виртуальные машины в необходимом  количестве..

Для каждой фирмы, имеющей телефонную линию, будет установлена Yeastar MyPBX 400 - это гибридная IP-АТС для малого бизнеса и удаленных подразделений (офисов, филиалов) крупных организаций (2-36 пользователя на сайт). Yeastar MyPBX 400 также предлагает совместное решение (комбинацию VoIP-приложений и старого традиционного телеком-оборудования) для организаций, еще не готовых полностью перейти на VoIP-решение.

Данная IP-PBX даёт возможность подключить обычные городские телефонные линии и внутренние телефонные линии к аналоговым аппаратам или аналоговой мини-АТС. Техническое описание MyPBX 400 приведено в приложении II пункте 4.2.1.7.

Программно объединив  серверы удаленного доступа и  web+mail-серверы, разместим их на третьем физическом сервере.

Таким образом, количество физических серверов для одной фирмы можно  снизить до трёх.

 

3.5 Оборудование рабочих  мест

 

Сетевая карта, сетевой адаптер,  NIC (англ. network interface card) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими  устройствами сети.

3Com — американская компания, производитель оборудования для  компьютерных сетей и телефонии.  Компания была основана в 1979 году Робертом Меткалфом, Говардом  Чарни, Брюсом Борден, и Грэгом  Шоу. Штаб-квартира находилась  в городе Мальборо, штат Массачусетс.  По официальной версии компании, название «3Com» образовано от трёх английских слов: «сomputers» (компьютеры), «communication» (связь) и «compatibility» (совместимость).

В апреле 2010 года компания 3Com была приобретена корпорацией Hewlett-Packard. Для рабочих мест пользователей предлагается закупить сетевые адаптеры фирмы 3Com серии 3C905CX-TX. Несомненными достоинствами 3C905CX-TX являются:

- Минимальная нагрузка  на процессор. 

- Стабильно работает даже  при большой нагрузке. 

- Легко запускается почти  на любой ОС, особенно в UNIX.

Решения в области IP-телефонии  от 3com — платформы, модули, телефонные аппараты для организации систем IP-телефонии в масштабах офиса  или крупного предприятия.